CN109834015B - 一种胶体喷射打印头及胶体喷射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种胶体喷射打印头，包括：基体、与基体连接的基座、设置在基体的压电驱动装置；所述基座包括胶体流道、注液口和流道底部的喷嘴；所述压电驱动装置包括：压电陶瓷柱、位移放大器和撞针，所述位移放大器与所述撞针顶部相接触，所述撞针下部容纳于所述基座的流道内；所述压电陶瓷柱在高频电压脉冲的驱动下高频伸缩带动位移放大器运动，所述位移放大器带动撞针在流道内周期性运动并打击所述喷嘴，将喷嘴内的胶体喷射出去，形成液滴。本发明还公开了一种胶体喷射方法。本发明解决了现有技术中胶体喷射作业耗时长、效率低，胶体不均匀，不适用于精细化作业的问题。

Description

一种胶体喷射打印头及胶体喷射方法

技术领域

本发明涉及一种胶体喷射打印头及胶体喷射方法。

背景技术

现有技术中，通过胶黏剂对不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂工件的胶接，或对发动机的内绝热层进行修补。一种方式是将待胶接或修补工件固定放置，通过手工点胶将胶体滴到作业面，这种方式工作效率较低，作业耗时长，不同操作人员的点胶精度差异较大，不适用于精细化作业，例如，芯片的晶圆封装或固体火箭发动机的内绝热层修补；另一种方式是使用接触式针头点胶装置，通过控制接触式针头点胶装置的气动或电动点胶阀的开启和关闭，达到对胶体的输出和关断，使胶体从容器中压出，经针头滴到作业面，由于气动或电动点胶阀的动作频率低，造成作业耗时长、效率低，将胶体从容器中打出来时，胶体不易切断，容易造成胶体回流，而且接触式针头点胶装置的针头与作业面的距离特别近，打出的胶体由于粘连可能会呈长条状流出，造成胶体不均匀，同样不适用于精细化作业。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种胶体喷射打印头及胶体喷射方法。

作为本发明实施例的一个方面，涉及一种胶体喷射打印头，包括：基体、与基体连接的基座、设置在基体的压电驱动装置；

所述基座包括胶体流道、注液口和流道底部的喷嘴；

所述压电驱动装置包括：压电陶瓷柱、位移放大器和撞针，所述位移放大器与所述撞针顶部相接触，所述撞针下部容纳于所述基座的流道内；

所述压电陶瓷柱在高频电压脉冲的驱动下高频伸缩带动位移放大器运动，所述位移放大器带动撞针在流道内周期性运动并打击所述喷嘴，将喷嘴内的胶体喷射出去，形成液滴。

在一个实施例中，可以是，所述位移放大器为柔性放大铰链，所述压电陶瓷柱水平设置在所述柔性放大铰链的中部空腔内，所述压电陶瓷柱在高频电压脉冲的驱动下伸缩，带动所述柔性放大铰链竖直方向产生伸缩运动。

在一个实施例中，可以是，所述流道的上部设置有中空的导向定位杆，所述撞针与所述导向定位杆间隙配合，所述撞针与所述导向定位杆顶部之间设置有处于压缩状态的压缩弹簧。

在一个实施例中，可以是，所述基体上部设置有预压微调装置，所述预压微调装置的底部与所述柔性放大铰链的上端面相接触，调节所述预压微调装置对所述压缩弹簧的压力，改变所述撞针底部与喷嘴内表面的间距。

在一个实施例中，可以是，所述基体与基座之间还设置有隔热块。

在一个实施例中，可以是，所述流道的上部与所述导向定位杆之间设置有垫圈。

在一个实施例中，可以是，所述喷嘴套与所述基座的外表面之间的设置有 O型密封圈。

在一个实施例中，可以是，所述的胶体喷射打印头还包括：固定在基座上的喷嘴固定装置，将喷嘴固定在流道的底部。

在一个实施例中，可以是，所述喷嘴固定装置包括喷嘴套和喷嘴套外圈，所述喷嘴置于所述喷嘴套内，所述喷嘴套外圈固定在所述基座上，并对所述喷嘴套进行固定。

作为本发明实施例的另一方面，涉及一种胶体喷射方法，包括：

由注液口向基座的流道内注入胶体；

向压电陶瓷柱施加高频脉冲信号，驱动压电陶瓷柱进行伸缩，带动位移放大器和撞针产生竖直方向的位移；

撞针在流道内周期性运动并打击所述喷嘴，将喷嘴内的胶体喷射出去，形成液滴。

本发明实施例至少实现了如下技术效果：

1、本发明实施例提供的上述胶体喷射打印头，通过压电陶瓷柱驱动的方式，使撞针在流道内周期性往复运动，通过撞针打击喷嘴，使液滴飞溅到作业面，实现非接触式点胶；由于压电陶瓷高频运动且运动惯性小、响应速度快、使得胶体喷射作业的效率高，点胶速度快，减少了作业时间，可以适用于高黏度和低粘度液体胶粘剂的喷射；由于撞针的周期性运动的频率高，因此高黏度胶体喷出时更容易切断，不会造成胶体粘连或无法连续喷射，喷射的液滴即胶体的胶点大小均匀、一致性好，便于准确控制，提高了作业效率，更适用于精细化作业。

2、本发明实施例提供的上述胶体喷射打印头的结构简单，便于实现装置的小型化，组装方便，通过压电陶瓷柱驱动的方式控制特性好，适应自动化作业，整体装置的操作简便、可靠性高，适用于不同作业环境下的喷射点胶。

3、本发明实施例提供的上述胶体喷射打印头，设置有预压微调装置，可以实现撞针与喷嘴之间的距离调节，通过撞针与喷嘴之间的距离调节，增加或减少喷胶量，以及调节装置喷射的液滴的大小，实现液滴大小的按需控制。

4、本发明实施例提供的上述胶体喷射打印头，在基体和基座之间设置隔热块，可以适用于经过高温加热后得到的熔融状态的高黏度胶体打胶。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的胶体喷射打印头的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的胶体喷射打印头的剖面示意图。

图3为本发明实施例提供的胶体喷射打印头的内部结构示意图。

图4为基体的结构示意图。

图5为基座的结构示意图。

图6为基座的剖视示意图。

图7为柔性放大铰链与压电陶瓷柱的结构示意图。

图8为撞针的结构示意图。

图9为喷嘴的结构示意图。

图10为喷嘴的剖视示意图。

图11为导向定位杆的结构示意图。

图12为隔热块的结构示意图。

图13为本发明实施例提供的胶体喷射方法的流程示意图。

其中：

1-基体，2-压电驱动装置，201-压电陶瓷柱，202-位移放大器，203-压缩弹簧，204-撞针，205-导向定位杆，3-基座，301-流道，302-注料口，303-喷嘴，304-喷嘴固定装置，3041-喷嘴套，3042-喷嘴套外圈，305-垫圈，306-O型密封圈，4-预压微调装置，401-微调旋钮，402-微调活动块，5-隔热块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明实施例提供的胶体喷射打印头及胶体喷射方法的各种具体实施方式进行详细的说明。

本发明实施例提供了一种胶体喷射打印头，参照图1至图6所示，包括：基体1、与基体1连接的基座3、设置在基体1的压电驱动装置2；

基座3包括胶体的流道301、注液口302和流道301底部的喷嘴303；

压电驱动装置2包括：压电陶瓷柱201、位移放大器202和撞针204，位移放大器202与撞针204顶部相接触，撞针204下部容纳于基座3的流道301 内；

压电陶瓷柱201在高频电压脉冲的驱动下高频伸缩带动位移放大器202运动，位移放大器202带动撞针204在流道内周期性运动并打击所述喷嘴303，将喷嘴303内的胶体喷射出去，形成液滴。

需要说明的是，注液口302可以设置在基座3的上部，并与基座3的流道 301连通。注液口302的外部连接有注液装置，通过注液装置将胶液容器内的胶体注入到流道301内。

由于压电陶瓷柱201在高频脉冲信号的驱动下，伸缩量非常小，只能实现 100微米级别的位移，因此通过位移放大器202将压电陶瓷柱201的位移进行放大，进而带动撞针204产生高频的往复运动；

在一个具体实施例中，参照图7所示，位移放大器202可以是柔性放大铰链，压电陶瓷柱201水平设置在柔性放大铰链的中部空腔内，压电陶瓷柱201 外接有高频脉冲发生器，高频脉冲发生器向压电陶瓷柱201施加高频电压脉冲，使压电陶瓷柱201在水平方向伸缩，带动柔性放大铰链产生形变，在水平方向伸长时竖直方向缩短，而水平方向收缩时竖直方向会伸长，因此，压电陶瓷柱 201高频伸缩带动柔性放大铰链竖直方向产生伸缩运动，柔性放大铰链带动撞针204在流道301内周期性往复运动。该柔性放大铰链的材料可以选择具有高弹性的铍青铜。

本发明实施例提供的柔性放大铰链的具有一定的弹性，若柔性放大铰链的上壁或下壁太薄，在正常未受力的状态时就可能会产生形变，而柔性放大铰链的上壁或下壁太厚，产生形变时需要受力较大，而压电陶瓷柱仅能产生微小位移，使驱动柔性放大铰链较难产生形变，因此在制作过程中，发明人将柔性放大铰链设计成图7所示的形状，在柔性放大铰链的上壁和下壁上设有多个凹槽，既保证柔性放大铰链在正常未受力状态不会发生形变，又保证在压电陶瓷柱的驱动下，可以有效的在竖直方向产生伸缩运动。

本发明实施例提供的胶体喷射打印头，流道301底部的喷嘴303可以与流道301一体成型，或者由固定在基座3上的喷嘴固定装置304，将喷嘴303固定在流道301的底部。

由于胶体喷射打印头工作时，撞针204在流道301内周期性运动并打击喷嘴303，撞针204与喷嘴303之间的摩擦力较大，使撞针204和喷嘴303均产生磨损，因此喷嘴303是可拆卸的，以便对喷嘴303进行更换。流道301和喷嘴303可拆卸的连接，也方便对基座3和喷嘴303的加工。

在一个具体实施例中，参照图2所示，喷嘴固定装置304包括喷嘴套3041 和喷嘴套外圈3042，喷嘴303置于喷嘴套3041内，喷嘴套外圈3042固定在基座3上，并对喷嘴套3041进行固定。具体的，可以是，喷嘴套外圈3042的内表面设置有内螺纹，在基座3的端部凸起对应设置有外螺纹，喷嘴套外圈3042 和基座3采用螺纹连接。在一些可选的实施例中，喷嘴套3041和喷嘴套外圈 3042既可以是一体成型的，也可以是两个可拆分的结构部件。

在本发明实施例中，为了进一步的减小撞针204与喷嘴303的摩擦力，延长撞针204和喷嘴303的使用寿命，参照图8所示，可以将撞针204端部设置为球形，还可以在喷嘴303加工过程中，对喷嘴303的内表面做耐磨处理，由于喷嘴303为易磨损部件且往往尺寸非常小，加工时对微喷嘴302的制造工艺、结构精度和表面粗糙度均有较高的要求，可以采用微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)技术进行加工。

参照图9或图10所示，喷嘴303内表面向下凹陷，使得喷嘴303可以容纳少量胶体，当撞针204打击喷嘴303时，喷嘴303内容纳的胶体受力，向外飞溅，喷射到作业面上，实现了非接触式打胶。

参照图8所示，撞针204的主体形状为圆柱形，在顶部设有一个凸台。参照图2和图11所示，撞针204的主体穿过设置在流道301上部的中空的导向定位杆205，与导向定位杆205间隙配合。在撞针204的凸台下表面与导向定位杆205顶面之间设置有一组压缩弹簧203，该压缩弹簧203在胶体喷射打印头工作过程中和未工作时均处于压缩状态。通过压缩弹簧203将导向定位杆 205固定在基座3上方。

参照图2所示，在基体1上部设置有预压微调装置4，预压微调装置4的底部与柔性放大铰链的上端面相接触，通过调节预压微调装置4与基体1的相对位置，将柔性放大铰链向下或向上轻微的位移，改变压缩弹簧203承受的压力，进而改变撞针204底部与喷嘴303内表面的间距。通过调节预压微调装置 4调节撞针204底部与喷嘴303内表面的间距，并改变撞针204周期性运动的行程大小，可以对喷嘴303喷出的胶体的液滴的大小进行控制，能够实现按照实际需要调节液滴大小。

具体的，可以是，参照图2所示，预压微调装置4包括微调旋钮401和微调活动块402，微调活动块402的下表面与柔性放大铰链的上壁的上表面相接触。参照图3所示，为了保证微调活动块402与柔性放大铰链的良好接触，可以将柔性放大铰链的上表面中部设置成稍微凸起的平面。调节微调旋钮401，使微调活动块402挤压柔性放大铰链，改变压缩弹簧203的受力大小，使得撞针204底部与喷嘴303内表面的间距改变。

本发明实施例中预压微调装置的实现方式并不局限于上述实施例中提供的方式，除手动方式调节实现外，还可以采用计算机控制的方式来实现，具体的实现过程，可以参见现有技术的方法，本发明实施例中不做限定。

本发明实施例提供的上述胶体喷射打印头，设置有预压微调装置，可以实现撞针与喷嘴之间的距离调节，通过撞针与喷嘴之间的距离调节，增加或减少喷胶量，以及调节装置喷射的液滴的大小，实现液滴大小的按需控制。

本发明实施例提供的上述胶体喷射打印头，通过压电陶瓷柱驱动的方式，使撞针在流道内周期性往复运动，通过撞针打击喷嘴，使液滴飞溅到作业面，实现非接触式点胶；由于压电陶瓷高频运动且运动惯性小、响应速度快、使得胶体喷射作业的效率高，点胶速度快，减少了作业时间，可以适用于高黏度和低粘度液体胶粘剂的喷射；由于撞针的周期性运动的频率高，因此高黏度胶体喷出时更容易切断，不会造成胶体粘连或无法连续喷射，喷射的液滴即胶体的胶点大小均匀、一致性好，便于准确控制，提高了作业效率，更适用于精细化作业。

本发明实施例提供的上述胶体喷射打印头的结构简单，便于实现装置的小型化，组装方便，通过压电陶瓷柱驱动的方式控制特性好，适应自动化作业，整体装置的操作简便、可靠性高，适用于不同作业环境下的喷射点胶。

现有技术中固体火箭发动机壳体的筒段和封头必须用内绝热层来防护，内绝热层在成型及加工过程中会产生复杂各异的缺陷，使得发动机性能和可靠性下降，甚至会导致发动机失效等灾难性后果。因此，需要准确检测并分析内绝热层表面的缺陷，并对内绝热层表面进行修补。目前固体火筋发动机内绝热层表面缺陷修补主要采用胶粘剂粘接的方法，存在修补耗时较长、材料浪费以及工艺不稳定等问题，不满足固体火箭发动机研制的快速、低成本发展需求。本发明的发明人在试验过程中，考虑将本发明提供的胶体喷射的打印头应用到固体火筋发动机内绝热层表面缺陷修补，但是，由于固体火筋发动机内绝热层表面缺陷修补所使用的胶体为热熔胶，胶体需要高温加热至熔融状态进行喷射。因此为了保证胶体喷射的打印头正常使用，还需要对胶体喷射的打印头进行隔热设计，具体的，可以是，如下所述：

参照图1、图2和图11所示，在基体1与基座3之间设置隔热块5，例如隔热陶瓷块。热熔型的胶体在注液装置内呈熔融状态后，由注液口302进入基座3的流道301，通过隔热块5将热量进行隔离，防止热量由基座3传导到基体1，损坏打印头的基体1内的压电陶瓷柱201以及与压电陶瓷柱201连接的高频脉冲发生器。

本发明实施例提供的胶体喷射打印头，不仅可以应用在固体火箭发动机内绝热层修补，还可以应用于固体火箭发动机内绝热层内绝热层及外绝热层的整体3D打印成型，实现固体火箭发动机的自动化、智能化、低成本制造。

本发明实施例提供的上述胶体喷射打印头，在基体1和基座3之间设置隔热块5，可以适用于经过高温加热后得到的熔融状态的高黏度胶体打胶。

参照1和图4所示，基体1为一整体加工件，且呈方向向下的“凸”字形，其下依次连接隔热块5与基座3，其上为预压微调装置4。

参照图2所示，在基体1的下部凸起设置有内螺纹孔，在基座3和隔热块 5的对应位置设置有通孔，通过螺栓穿过基座3和隔热块5的通孔，固定在基体1的内螺纹孔内，将基体1、隔热块5和基座3连接成整体。

在一个实施例中，参照图2所示，还可以进一步的，在流道301的上部与导向定位杆205之间设置垫圈305，在喷嘴套3041与基座3之间设置O型密封圈306，防止流道301与导向定位杆205或流道301与喷嘴303之间的结合不够紧密，当胶体在注液装置的压力作用下注入到流道301时，从流道301与导向定位杆205或流道301与喷嘴303之间的间隙向外渗出。

在一个具体实施例中，O型密封圈306可以是耐高温的O形密封圈；垫圈 305也可以是是耐高温的垫圈。为了防止撞针204将胶体的热量传到到连接的位移放大器202，还可以对撞针204的外表面做隔热处理，以使得本发明实施例提供的胶体的喷射打印头更适用于胶体为高温熔融状态的胶体的喷射。

下面通过一个具体的工作流程，对本发明实施例提供的胶体的喷射打印头进行具体说明：

通过注液装置将胶液容器内的胶体经注液口注入到基座3的流道301内；压电陶瓷柱201未通电的状态下，撞针204底端在预压微调装置4的作用下与喷嘴303上端接触，阻止胶体流出。

通过高频脉冲发生器向压电陶瓷柱201施加高频脉冲信号，压电陶瓷柱 201通电后长度伸长，将柔性放大铰链水平方向拉伸，竖直方向收缩，于是撞针204在压缩弹簧203的作用下向上运动；此时，胶体从注料口302进入流道 301，并在压力的作用下充满撞针204与流道301腔体中的间隙；压电陶瓷柱 201断电后长度缩短，柔性放大铰链恢复原状，即水平方向缩短，竖直方向伸长，撞针204在柔性放大铰链的作用下迅速的向下运动，打击喷嘴303，流动的胶体被切断，切断后的胶体保持惯性从喷嘴303高速喷射出来，形成液滴；当压电陶瓷柱201再次通电时，撞针204在压缩弹簧203的作用下向上运动，开始了下一个运动周期。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种应用上述实施例提供的胶体喷射打印头的胶体喷射方法，所解决问题的原理与胶体喷射打印头相似，因此该方法的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

参照图13所示，本发明实施例提供了一种胶体喷射方法，包括：

S11：由注液口向基座的流道内注入胶体；

S12：向压电陶瓷柱施加高频脉冲信号，驱动压电陶瓷柱进行伸缩，带动位移放大器和撞针产生竖直方向的位移；

S13：撞针在流道内周期性运动并打击喷嘴，将喷嘴内的胶体喷射出去，形成液滴。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种胶体喷射打印头，其特征在于，包括：基体、与基体连接的基座、设置在基体的压电驱动装置；所述基体与基座之间还设置有隔热块；

所述基座包括胶体流道、注液口和流道底部的喷嘴；

所述压电驱动装置包括：压电陶瓷柱、柔性放大铰链和撞针，所述柔性放大铰链与所述撞针顶部相接触，所述撞针下部容纳于所述基座的流道内；在柔性放大铰链的上壁和下壁上设有多个凹槽；

所述流道的上部设置有中空的导向定位杆，所述撞针与所述导向定位杆间隙配合，所述撞针与所述导向定位杆顶部之间设置有处于压缩状态的压缩弹簧；

所述基体上部设置有预压微调装置，所述预压微调装置包括微调旋钮和微调活动块，所述微调活动块的下表面与所述柔性放大铰链的上壁的上表面相接触，调节所述微调旋钮，使微调活动块挤压柔性放大铰链，改变压缩弹簧的受力大小，使得撞针底部与喷嘴内表面的间距改变；

所述压电陶瓷柱水平设置在所述柔性放大铰链的中部空腔内，所述压电陶瓷柱在高频电压脉冲的驱动下伸缩，带动所述柔性放大铰链竖直方向产生伸缩运动，所述柔性放大铰链带动所述撞针在流道内周期性运动并打击所述喷嘴，将所述喷嘴内的胶体喷射出去，形成液滴。

2.如权利要求1所述的胶体喷射打印头，其特征在于，所述流道的上部与所述导向定位杆之间设置有垫圈。

3.如权利要求1所述的胶体喷射打印头，其特征在于，还包括：固定在基座上的喷嘴固定装置，将喷嘴固定在流道的底部。

4.如权利要求3所述的胶体喷射打印头，其特征在于，所述喷嘴固定装置包括喷嘴套和喷嘴套外圈，所述喷嘴置于所述喷嘴套内，所述喷嘴套外圈固定在所述基座上，并对所述喷嘴套进行固定。

5.如权利要求4所述的胶体喷射打印头，其特征在于，所述喷嘴套与所述基座的外表面之间设置有O型密封圈。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的胶体喷射打印头的胶体喷射方法，其特征在于，包括：

调节预压微调装置的微调旋钮，使微调活动块挤压柔性放大铰链，改变压缩弹簧的受力大小，使得撞针底部与喷嘴内表面的间距改变；

由注液口向基座的流道内注入胶体；

向压电陶瓷柱施加高频脉冲信号，驱动压电陶瓷柱进行伸缩，带动柔性放大铰链和撞针产生竖直方向的位移；

撞针在流道内周期性运动并打击所述喷嘴，将喷嘴内的胶体喷射出去，形成液滴。

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